矽光晶元件玻璃基板之整合應用

矽光子波導技術結合半導體製程可將光波導整合微晶片上，提供可大量製作，低成本，高良率，可和成熟的金氧半導體(CMOS)製程通用、以及微型化之光學功能性。此架構已被廣泛討論於高速計算，高頻通訊以及晶片實驗(lab-on-chip)感測及量子光源上。積體光路(PIC)也被視為下一世代的技術平台。而在過去矽光子波導主要的架構在於在矽基板上利用CMOS技術產生波導結構並利用全反射的特性藉以侷限光波能量於波導核內。然而在玻璃基板的利用及矽光晶製程則相對有限。過去在利用玻璃基板所製作之波導多為利用離子擴散或佈植的方式產生折射率差異，此方式所形成之波導架構相對於利用介電材料形成之波導，損耗較大，也因此無法利用於晶載元件之上，多只能用於連結光纖及傳統矽基板波導之轉接通道。之而在許多晶載元件上，以光波導所結合而成的波導微共振腔是作為高頻通訊之調變器、濾波器、生物感測器以及雷射鎖模之重要的元件。過去可藉由熱或電之效應改變折射率，在通過雷射在共振腔及波導上產生的建設性或破壞性干涉控制光學訊號。此項技術近年來也從一般線性光學如通訊、感測等，擴展到非線性及量子光學領域。然而在此應用上，高品質的共振腔的實現必須能夠有效降低在波導上的能量損耗。本計畫將以矽光子晶片及半導體製程技術為基礎，建立在玻璃基板上實現低損耗之介電質或感光型聚醯亞胺(PSPI)之波導，同時達到高素質共振腔的要求。計畫的第一期將注重於利用可大量生產之顯影技術，如紫外光接觸或步進機做為曝光(I-line365 nm)及圖案化波導之光源，有別於昂貴，耗時的電子束顯影以及傳統汞燈曝光機較差的解析度，此方式提供了高效率的製程步驟以及降低製程成本。並可未來可搭配業界在面板及顯示產業所運用之技術，以大面積之製程技術做矽光晶元件之布局。除此之外，在玻璃基板之特性上，我們可避免過去在矽基板上所需長時間高溫爐管濕氧製作埋入氧化層以絕斷在波導在矽基板下的損耗。藉此，可提供低侷限之波導並討論高素質共振腔之可行性。計畫的第二期將利用在玻璃基板製作之波導架構，實現光元件之特性，包括調變器、濾波器等。並同時討論增加調變速度之可行性。最後將利用波璃基板透明之特性，製作光纖-耦合光柵-整合波導以及雙面耦合之能力，此方式提供了在未來矽光晶輸入輸出介面之製程及設計彈性。